본 연구의 목적은 극한 미생물 Deinococcus radiodurans 에서 분리한 세포외소포체의 방사선 방호 활성을 확인하는 것이다. 방사선의 활용 증가로 인해 의료, 산업, 무기 생산 분야에서 방사선 노출 위험성이 증가됨에 따라 방사선 방호제 개발의 필요성이 강조되고 있다. 뛰어난 방사선 저항성을 갖는 D. radiodurans 는 다양한 응용 분야에 활용될 수 있는 잠재적인 이점을 갖고 있다. 세포외소포체는 지질, 핵산, 단백질과 같은 생물학적 분자를 운반하는 막으로 구성된 나노 크기의 소포이다. 세포외소포체는 모든 유형의 세포에서 분비되며 부모세포의 특성이 반영된다. 따라서 세포외소포체는 진단 및 치료제로 사용하기 위하여 큰 주목을 받고 있다. 본 연구에서는 D. radiodurans 유래 세포외 소포체가 방사선 보호 활성을 갖는다는 가설을 세웠고, 이 가설을 검증하기 위해 D. radiodurans 에서 분리한 세포외소포체(R1-EVs)의 방사선 방호 효과를 확인했다.
첫번째로 분별원심분리, 접선 흐름 여과, 쿠션 밀도구배 초원심분리를 통해 분리한 D. radiodurans 유래 세포외소포체(R1-EVs)의 특성을 규명하였다. R1-EVs 의 수율은 48 시간의 배양에 비해 72 시간 배양 시 5 배 증가함을 확인하였다. R1-EVs 의 평균 직경은 300 nm 였으며 0.26 μg/mL 에서 3.9 x 109 입자를 나타내었다. 단백질체 분석을 통하여 R1-EVs 가 갖는 단백질 성분을 확인하였다. 세포 손상 보호 및 과산화수소에 대한 반응과 같은 항산화와 관련된 단백질의 존재로 인해 R1-EVs 가 잠재적인 항산화 활성이 있음을 확인하였다.
두번째로 HaCaT 세포에서 과산화수소로 인한 산화적 스트레스에 대한 R1-EVs 의 보호 효과에 대해 확인하였다. R1-EVs 는 활성 산소 종을 제거하고 항산화 분자를 조절하여 과산화수소에 의한 세포 사멸로부터 HaCaT 세포를 보호하였다. 이러한 보호 효과는 R1-EVs 가 미토콘드리아 기능 손상 억제를 위해 MAPKs 신호체계의 인산화를 억제할 뿐만 아니라 항산화 활성의 증가 및 활성 산소 종 생성 억제를 위해 Nrf2/ARE 신호를 활성화함으로써 진행된 것임을 확인하였다.
마지막으로 전신방사선조사로 인한 급성방사선증후군에 대한 R1-EVs 의 방사선 방호 활성에 대해 연구하였다. 전신방사선조사전에 R1-EVs 를 투여하면 쥐의 생존율이 15%에서 85%로 증가하였다. R1-EVs 는 과도한 활성산소종의 생성, 골수 세포 및 비장 세포의 사멸을 포함하는 방사선으로 인한 조혈계의 손상을 감소시켰다. 또한 R1-EVs 는 장 줄기세포와 같은 장 세포를 보호하고 단쇄 지방산 생성을 유도하여 전신방사선조사로 인한 위장계의 손상 또한 완화시켰다.
본 연구를 통해 R1-EVs 는 산화적 스트레스 및 전신방사선조사 유도 급성방사선증후군에 대한 보호효과를 나타냄을 확인하였다. R1-EVs 는 활성산소종을 제거하고, 항산화 메커니즘을 조절하며, 세포와 장기를 보호하여 생존율을 크게 개선함을 확인하였다. 따라서 잠재적인 방사선 방호제로서 활성산소종과 관련된 질병의 치료에 응용 될 것으로 생각된다.